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Código de Tuberías a Presión ASME B 31 B31.11 SISTEMAS DE TUBERIAS DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS FLUIDIFICADOS

El Código ASME B 31 Está compuesto de varias secciones individuales, siendo cada una de ellas, Norma Nacional de EE.UU., y son publicadas bajo la dirección del Comité B31. Las secciones que incluye el Código ASME B 31 son: -B31.1: Tuberías de vapor y sistemas de potencia. -B 31.3: Tuberías de refinerías y plantas químicas. -B31.4: Sistema de transporte de hidrocarburos líquidos y otros. -B31.5: Tuberías de refrigeración. -B31.8: Sistemas de transporte y distribución de gas. -B31.9: Tuberías de Servicios en Edificios. -B31.11: Sistemas de transporte de Sólidos fluidificados.

Determinación de la sección aplicable El propietarios es responsable de seleccionar la sección del Código que mas se aproxima a la instalación bajo consideración. Los factores a considerar al momento de esta determinación son: -Alcance de la sección. -Requerimientos jurisdiccionales. -Aplicación de otros Códigos o Normas. Puede ser necesario en ciertas instalaciones aplicar mas de una sección, y todos los requerimientos de estas ser aplicados en su totalidad. Ciertas tuberías dentro de una instalación pueden estar reguladas bajo otras Normas: -ASME BPVC Sección III -ANSI Z223.1: Código (EE.UU..) para gas combustible. -NFPA -Etc.

El Código establece los requerimientos necesarios para el diseño y construcción segura de Tuberías a Presión. Considera que la seguridad no es solo el único parámetro que gobierna la especificación final de los sistemas de tuberías. Establece que el diseñador debe conocer que el Código no es un manual de diseño y que se debe complementar con buenas practicas de Ingeniería. Los requerimientos establecidos en el Código, están fijados en principios y formulas básicas de diseño, las cuales están suplementadas con requerimientos específicos. Estos requerimientos específicos están basados en principios de ingeniería simplificados Puede ser necesarios que ante situaciones particulares sea necesario aplicar un análisis ingenieril mas completo o riguroso. El Código da por entendido que el diseñador es capaz de evaluar estados tensionales complejos y validar los resultados.

Edición del Código y Adendas Es intención del Código que la Edición y las adendas no sean retroactivas a menos que exista un acuerdo especifico entre las partes para usar otra edición o sea requerido legalmente. El Código de aplicación debe ser la Edición y la Adenda correspondiente editada al menos seis meses antes de la fecha del contrato, y deberá ser usada para el proyecto completo y la operación inicial. El Código se encuentra bajo la administración del Comité B31 el cual está organizado y opera bajo los procedimientos del ASME y está acreditado por el ANSI. El Comité mantiene a las secciones del Código actualizadas con los nuevos desarrollos de materiales y tecnología. Las Adendas son editadas periódicamente y nuevas ediciones son publicadas en periodos entre tres a cinco años. El Comité ha establecido un procedimiento ordenado para considerar pedidos de interpretación y revisión del Código.

Interpretaciones Es establecida de acuerdo a los procedimientos establecidos por el ASME. Las interpretaciones son editadas como suplemento del Código.

Casos Es una respuesta escrita cuando se demuestra que las palabras del Código necesitan clarificación, o cuando alguna respuesta modifica los requisitos existentes o garantizan el permiso para el uso de nuevos materiales o construcciones alternativas. Un caso normalmente se edita para un periodo de tiempo limitado. Los requisitos del Caso pueden ser incorporados al Código o el caso puede expirar o ser renovado.

Introducción El ASME B31.11, se aplica a los sistemas de tuberías de transporte de sólidos fluidificados. Esta dividido en las siguientes partes:

PARTE

ALCANCE Generalidades y definiciones

Capitulo I

Materiales y Equipamiento

Capitulo II

Diseño Parte 1: Condiciones y criterio Parte 2: Diseño por presión. Parte 3: Componentes. Parte 4: Juntas de unión. Parte 5: Expansión, flexibilidad. Parte 6: Otros sistemas.

Capitulo III

Materiales.

Capitulo IV

Requerimientos dimensionales

Capitulo V

Construcción, soldadura y montaje.

Capitulo VI

Inspección y ensayo.

Capitulo VII

Procedimientos de operación y mantenimiento.

Capitulo VIII

Control de corrosión y erosión.

Apéndice I

Normas referenciadas

Apéndice II

Requisiciones técnicas.

ALCANCE El Código prescribe requerimientos para el diseño, materiales, fabricación, montaje, ensayos, operación y mantenimiento seguros de sistemas de tuberías usados para el transporte de sólidos fluidificados de materiales no peligrosos tales como: - Carbón - Minerales - Concentrados - Otros materiales sólidos Dentro del termino tubería, se incluyen: - Tubos - Bridas - Juntas (empaques) - Tornillos (pernos) - Válvulas - Accesorios - Soportes No se incluyen las fundaciones y estructuras de soporte.

Dentro del alcance del Código también se incluye -Tuberías de sólidos fluidificados primarias y auxiliares dentro de instalaciones de almacenamiento, terminales de líneas de conducción, plantas de bombeo, estaciones reductoras de presión.

-Tuberías de sólidos fluidificados, instalaciones de almacenamiento y otros equipamientos ubicados dentro de la propiedad, los cuales han sido afectados al sistema de transporte de sólidos fluidificados.

-Aquellos aspectos de la operación y el mantenimientos del sistema de tuberías de transporte, que estén relacionados con la seguridad y protección del publico en general, el personal de la compañía operadora, el medio ambiente, la propiedad y el propio sistema de transporte.

EXCLUSIONES - Sistemas auxiliares tales como: - Agua - Aire - Vapor - Lubricantes - Gas y combustible - Recipientes a presión, intercambiadores, bombas, medidores y otros equipos equivalentes. - Tuberías diseñadas para presiones de 15 Psig (1 bar) y menores, independientemente de la temperatura, y presiones mayores a 15 Psig (1 bar) a temperaturas menores a - 20 °F (-30°C) o mayores a 250 °F (120 °C). - Tubería dentro de los limites de planta procesadora de sólidos fluidificados y otras instalaciones que no sean de almacenamiento. - El diseño y la fabricación de equipos, aparatos e instrumentos.

DEFINICIONES Sólido Fluidificado Mezcla de dos fases. Partículas sólidas en fase acuosa. Línea de conducción Todas las instalaciones físicas mediante las cuales se transportan sólidos fluidificados incluyendo tubos, válvulas, accesorios, bridas, reguladores, recipientes, compresores, estaciones de medición y regulación, etc. Cañería o tubería Elemento cilíndrico utilizado para el transporte y conducción de fluidos a presión. También se incluye un elemento similar denominado tubo usado para el mismo propósito. Espesor nominal de pared Espesor de la pared, establecido en las especificaciones de tubería referenciadas por este Código. Está sujeto a tolerancias.

Tubos de acero De acuerdo a su método de fabricación: - Tubo con soldadura doble de arco sumergido - Tubo soldado por fusión eléctrica - Tubo soldado por inducción eléctrica. - Tubo soldado por resistencia eléctrica. - Tubo soldado a tope en horno -Tubo sin costura Imperfección Una discontinuidad detectada por la Inspección. Shall (Debe) Indica requisito de cumplimiento obligatorio.

Should (Debería) Indica una buena practica recomendada. Máxima presión de operación (MOP) Máxima presión esperada en el sistema durante un ciclo de operación normal. Máxima presión de operación admisible (MAOP) Máxima presión interna a la cual puede ser operado el sistema de acuerdo al Código (Termino utilizado en B 31.8) Compañía operadora Dueño o agente responsable por el diseño, construcción, inspección, ensayo, operación y mantenimiento del sistema de conducción. SMYS Sigla en Ingles. Tensión de fluencia mínima especificada.

CAPITULO 2 : DISEÑO CONDICIONES DE DISEÑO MAXIMA PRESIÓN DE OPERACIÓN SOSTENIDA La suma de la presión estática, la sobrepresión aplicada para compensar perdidas y toda presión adicional aplicada al sistema. Se admiten picos de presión causados que excedan esta presión según se contempla en el párrafo 1102.2.4 (adicionales por operación anormal) PRESION DE DISEÑO INTERNA No debe ser menor que la máxima presión de operación sostenida, ni menor que la cabeza de presión estática con la línea en condición estática. PRESION DE DISEÑO INTERNA Los componentes de tubería serán diseñados contemplando la máxima presión diferencial entre presión externa e interna.

RANGO DE TEMPERATURA DE DISEÑO Es el rango de temperatura de metal que represente la condición sostenida mas severa esperable. Se deberá tener en cuenta que ciertos materiales pueden no tener un comportamiento adecuado a bajas temperaturas. INFLUENCIAS AMBIENTALES Efecto de la expansión del fluido Se deberá prever cualquier cualquier sobrepresion causada por la expansión del fluido debido al calentamiento del mismo. Congelamiento Se debe prevenir posibles efectos de congelamiento de fluido dentro de la tubería. EFECTOS DINÁMICOS Impacto Causado tanto por fuerzas internas (golpe de ariete) como externas.

Viento Deben utilizarse registros meteorológicos, regulaciones etc., para el diseño de tuberías sometidas al efecto de vientos, particularmente tuberías suspendidas. Terremoto Cuando sea aplicable debe considerarse sus efectos en el diseño de la tubería, soportes, y restrictores, basándose en datos y registros del sitio. Vibración Se debe considerar en el diseño las tensiones impuestas por vibraciones o resonancias aplicando practicas ingenieriles reconocidas. Hundimiento Se debe considerar los efectos de cedencia de suelos en aquellos lugares donde esto pueda presentarse. Olas y corrientes Se deben considerar en el tendido de tuberías en vías acuáticas.

EFECTOS DEL PESO Los siguientes efectos del peso combinado con otras cargas debidas a otras causas deben ser tenidos en cuenta por el diseñador: Carga viva Peso del fluido transportado y cualquier otro material foráneo tales como nieve, y hielo adheridos a la tubería. Los vientos y las olas también pueden entrar dentro de esta categoría. Carga muerta Peso de la tubería, aislaciones, revestimientos, componentes, relleno del suelo y otras cargas impuestas permanentes. CARGAS DE EXPANSIÓN Y CONTRACCION TERMICAS El diseñador debe tomar en consideración los efectos de resultantes de las fuerzas y momentos impuestos en la tubería a consecuencia de las expansiones y contracciones. Debe considerarse el uso de curvas, codos cambio de dirección etc. Los soportes deben permitir el movimiento entre anclajes.

MOVIMIENTOS RELATIVOS DE EQUIPOS CONECTADOS Se debe tomar en cuenta los efectos de los movimientos diferenciales de los equipos conectados a la tubería con respecto al movimiento del sistema. EFECTOS POTENCIALES DE CORROSION Y EROSION En el diseño se debe tener en consideración los potenciales efectos de corrosión y erosión del fluido transportado. OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO El diseñador debe tener en cuenta que el efecto combinado de la presencia de un sólido y un liquido dentro de la tubería tiene efectos y comportamientos diferentes a los encontrados en las líneas de transporte de líquidos o gases que requieran consideraciones diferentes. Algunas de ellas pueden ser: limitaciones en las pendientes de la tubería, efectos sobre la presión debido a diferenciales de densidad, operaciones anormales debido a acumulación de sólidos, paradas, arranques del sistema etc.

CRITERIOS DE DISEÑO Esta parte contiene los requerimientos referidos a rating, criterios de tensiones y esfuerzos, sobreespesores a considerar, valores mínimos de diseño y su variación permitida. Los criterios de diseño de este Código, son adecuados para la seguridad publica bajo las condiciones que son de uso habitual y cubiertas por este Código en los sistemas de transporte de sólidos fluidificados. El diseñador deberá proveer un diseño seguro para aquellas condiciones inusuales o especiales como ser cruces de ríos, instalaciones off shore y costeras, sobre puentes, áreas de intenso trafico, suelos inestables, vibraciones, zonas sísmicas, etc. Algunas de estas medidas de protección adicionales pueden ser materializadas mediante la aplicación de encamisados, recubrimientos de concreto, aumento del espesor de pared de la tubería, aumentando la profundidad de tapada o con suficientes medidas de indicación de la traza.

RATING DE PRESIÓN TEMPERATURA PARA COMPONENTES DE TUBERIA

COMPONENTES CON RATING ESTABLECIDO Los rating presión - temperatura establecidos en las normas listadas en este código (tabla 1123.1) para 100 ºF (40 ºC), son aceptables para las presiones y temperaturas dentro del rango de -20 ºF (-30 ºC) y 250 ºC (120 ºC). COMPONENTES SIN RATING ESTABLECIDO Deben ser clasificados para su uso: -Cuando exista experiencia de uso en elementos comparables en cuanto, tamaño, forma, y servicio comparable. -Ensayo de aptitud (UG 101 del ASME BPVC Sección VIII Div. 1) -Análisis de tensiones (Tal como se describe en el apéndice 6 del ASME BPVC Sección VIII Div. 2) -Cálculos ingenieriles.

CONDICION NORMAL DE OPERACIÓN Para condición normal de operación, no deberá excederse la presión de los ratings, ni la presión de diseño para los componentes utilizados. TOLERANCIAS PARA VARIACION RESPECTO DE LA OPERACIÓN NORMAL Podrán ser producidas por cambios de velocidad del flujo debido al cierre de una estación de bombeo o la salida de servicio de una bomba o el bloqueo de una válvula. Para este tipo de situaciones no normales de funcionamiento, si se cumple que los valores de las sobrepresiones disminuyen a medida que se aleja del punto de perturbación, y además se prevé un adecuado control y protección de equipos relacionados con el sistema, se podrán admitir presiones hasta un 10% por encima de la presión de diseño. RATING EN TRANSICIONES Cuando se interconecten sistemas que operan con diferentes condiciones de servicio, deberá colocarse una válvula de división con un rating de presión temperatura para la condición mas desfavorable.

TENSIONES ADMISIBLES Las tensiones admisibles a ser usadas en el diseño de tubos nuevos y usados de especificación conocida será establecida como sigue: S = 0,80 x E x SMYS (Tensión de fluencia mínima especificada) 0,80 = Factor de diseño, basado en el espesor nominal. Considera la tolerancia de espesores en menos admitidas por las especificaciones de fabricación de tubos y la máxima profundidad de imperfecciones admitidas. E = Factor de junta soldada (Tabla 1102.4.3) En la tabla 1102.3.1a hay ejemplos de tensiones admisibles en tubos admitidos por este Código. -Para tubos usados de especificación conocida existen limitaciones dadas en el párrafo 1105.2.1b - Para tubos de especificación desconocida o ASTM A 120 deben establecerse de acuerdo a: S = 0,8 x E x SMYS SMYS = 24.000 Psi (165 Mpa) o determinada de acuerdo a 1137.6.6 y .7

- Para tuberías que adquieren su resistencia a la fluencia por trabajado en frío y luego tratados térmicamente a 600ºC o mayor, deberá ser del 75% de los valores indicados en los párrafos anteriores. - Las tensiones admisibles para esfuerzos de corte, no debe exceder el 45% de la SMYS. - Las tensiones admisibles para esfuerzos de flexión, no debe exceder el 90% de la SMYS. - Las tensiones admisibles en compresión de materiales estructurales de soporte, no debe exceder el 45% de la SMYS ni el 45% y 90% para corte y flexión respectivamente. Materiales desconocidos pueden ser usados asumiendo una SMYS de 24.000 Psi (165 Mpa). LIMITES DE TENSIONES CALCULADAS SOBRE LA BASE DE CARGAS SOSTENIDAS Y EXPANSION TERMICA -Tensiones debidas a presión interna No deben exceder el valor de S determinado según lo descrito en párrafos anteriores (excepto que otro valor se admita en otro parágrafo)

-Presión externa Las tensiones debidas a la presión externa serán consideradas seguras si los espesores de pared cumplen los requerimientos de los párrafos 1103 y 1104 (Diseño por presión de componentes de tuberías) -Tensiones admisibles de expansión Los valores de tensiones admisibles considerados en el parágrafo 1119.6.4c (Expansión y flexibilidad), para líneas restringidas, no deberán exceder el 90% de la SMYS. El rango de tensiones admisibles SA para líneas no restringidas, no debe superar el 72% de la SMYS. -Tensiones longitudinales La suma de las tensiones longitudinales debidas a presión, peso y otras cargas no debe superar el 75% del valor permitido para SA establecido en el párrafo anterior. LIMITE DE TENSIONES DEBIDAS A CARGAS OCACIONALES La suma de las tensiones longitudinales debidas a presión, peso, cargas vivas y muertas, viento, terremoto, etc., no deben superar el 88% de la SMYS. No es necesario considerar que las cargas por viento y terremoto actúan simultáneamente. Las tensiones debidas a ensayos no están sujetas a estas limitaciones.

TOLERANCIAS

-Corrosión y/o Erosión Cuando sea esperable la presencia de estos mecanismos de daño, se deberá considerar la utilización de inhibidores, lining o revestimientos interiores o el incremento del espesor de pared. Estas consideraciones deben ser consistentes con la expectativa de vida útil de la tubería. -Roscado y ranurado El espesor mínimo calculado de la cañería a ser roscada debe ser incrementado en una dimensión equivalente a la profundidad de la rosca, cuando el roscado de la tubería sea admitido por este Código. -Espesores de pared y defectos Deben estar de acuerdo con lo indicado en las especificaciones aplicables listadas en el Apéndice I

DISEÑO POR PRESIÓN DE COMPONENTES DE TUBERÍAS (P 1104) TUBERÍA RECTA El espesor requerido para tuberías rectas será: tn = t + A Donde

t = Pi x D / 2 S (Para presión interna)

Nomenclatura: tn: Espesor mínimo requerido incluyendo tolerancias por corrosión, erosión y mecánicas. t: Espesor de diseño por presión (no requiere adicionar las tolerancias de espesor por fabricación en menos). A: La suma de todas las tolerancias. Pi: Presión interna. S: Valor de tensión admisible del material D: Diámetro exterior.

Para presión externa Los tubos pueden estar sometidos bajo circunstancias particulares a condiciones de presión exterior. Para ello deben seleccionarse de forma tal de evitar su colapso tomando en cuenta sus propiedades mecánicas, dimensiones, ovalizacion, variaciones en el espesor permitidos por la especificación del material, etc. SEGMENTOS CURVADOS Pueden realizarse mediante la instalación de tubos curvados (1106.2.1)o codos estándar de acuerdo a 1106.2.3. El espesor de pared de los tubos antes del curvado será determinado de la misma manera que para tubo recto. El curvado debe estar de acuerdo con las limitaciones de aplastamiento dadas en 1134.7.1.(b) CONEXIONES EN DERIVACIÓN Podrán ser realizadas por medio de: -Tee y Cruz. -Tubos con salida extraída integralmente reforzados. -Conexiones soldadas.

TEE Y CRUCES

El espesor mínimo de pared para Tee y cruces, bridados o roscados no debe ser menor que el indicado en la normas ANSI/ASME o MSS. Las Tees y cruces para soldar a tope deben cumplir con: -ASME B16.9 -MSS SP 75 Siempre que cumplan con lo indicado, pueden ser utilizadas para cualquier relación de diámetros del tubo derivación con el tubo conductor y para rating de presión – temperatura basadas en las mismas tensiones admisibles que tubos de material equivalente y relaciones de tensiones circunferenciales / SMYS similares a los de la línea en la que se utilizaran.

DERIVACIONES EXTRUIDAS INTEGRALMENTE REFORZADAS

Podrán ser utilizadas para cualquier relación de diámetros de tubo de derivación / tubo conductor, y para toda relación de tensión circunferencial respecto de la SMYS del tubo de derivación y tubo conductor, si se cumple con las siguientes condiciones: -Estas reglas se aplican para diseño por presión. En caso de existir otros esfuerzos, éstos deben ser considerados. -Estas reglas no se aplican a conexiones con refuerzos adicionales (anillo, montura etc.) -Estas reglas se aplican solo cuando el eje de la derivación, intersecta y es perpendicular al eje del tubo conductor. -El diseño debe estar de acuerdo a la figura 1104.3.1 (b) -La altura del cuello es igual o mayor al radio de acuerdo del cuello, con respecto al caño conductor (h0 > r0).

Nomenclatura: d= Diámetro exterior del tubo de derivación. dc= Diámetro interno del tubo de derivación. D= Diámetro exterior del tubo soporte. Dc= Diámetro interior del tubo soporte. D0= Diámetro interior de la boquilla extraída medida al nivel de la superficie externa del tubo soporte. h0= Altura del labio extruido. L= Altura de la zona de refuerzo

0,7 dT0

tb= Espesor requerido para la derivación. Tb= Espesor nominal de la derivación. th= Espesor requerido para tubo soporte. Th= Espesor nominal del tubo soporte.

T0= Espesor final de la boquilla a la altura de r0 por sobre la superficie exterior del tubo soporte. r1= Mitad del ancho de la zona de refuerzo (Igual a D0) r0= Radio de curvatura de la porción contorneada, en el plano que contiene al eje del tubo soporte y el de derivación. Este radio r0 está sometido a las siguientes limitaciones: -Mínimo: 0,05 d (Para derivaciones mayores a NPS 30 no requiere ser mayor a 1,5”) -Máximo: Para NPS 8 y mayores, no debe exceder 0,10 d + 0,5”, para NPS menores a NPS 8 no debe exceder 1,25”. No podrá usarse mecanizado para cumplir con estas condiciones. Área disponible del refuerzo Será la suma de A1+ A2 + A3, siendo: A1= Área dentro de la zona de refuerzo del tubo soporte resultante de un exceso de espesor / A1 = D0 (Th – th) A2= Área dentro de la zona de refuerzo de la conexión resultante de un exceso de espesor / A2 = 2 L (Tb – tb)

A3= Área dentro de la zona de refuerzo resultante de un exceso de espesor en el labio extruido / A3= 2 r0 (T0 – tb) El área requerida de refuerzo requerida estará dada por la expresión: A = K th D0 El diseño debe contemplar que A debe ser mayor o igual a la suma de A1+ A2 + A3 Los valores de K deben ser tomados según:

d/D

K

Mayor a 0,60

1,00

0,15